楊春旭 孫 靜 劉 杰 樊 慶 荊 晉

（1.臨汾供電公司，山西 臨汾 041000；2.北京鐵路局北京供電段，北京 100070）

隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外熱像儀被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)的設(shè)備巡視[1]。由于其直觀高效的特點(diǎn)，可以很容易檢測(cè)出電氣設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)。運(yùn)行的電力設(shè)備由于老化，松動(dòng)，接觸不良，短路故障等原因都能造成過(guò)熱，大多數(shù)過(guò)熱點(diǎn)的設(shè)備從發(fā)熱到演變成為故障，需經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，在例行的設(shè)備紅外普測(cè)中可以很容易發(fā)現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)。根據(jù)缺陷嚴(yán)重程度，對(duì)于一般缺陷，需配合其他電氣設(shè)備的檢修來(lái)處理，在處理之前要求運(yùn)行人員對(duì)過(guò)熱點(diǎn)進(jìn)行定時(shí)測(cè)溫，監(jiān)視缺陷發(fā)展情況。由于定時(shí)測(cè)量受天氣，測(cè)量角度，測(cè)量人員等因素的影響較大，且測(cè)量的數(shù)據(jù)少，具有較大的波動(dòng)性和偶然性[2-3]。

針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套過(guò)熱點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)熱像儀測(cè)得溫度過(guò)高如圖1所示的隔離開(kāi)關(guān)閘口，該點(diǎn)溫度比其他正常的兩相，高出70℃，可確定為發(fā)熱點(diǎn)。確定發(fā)熱點(diǎn)后，用帶有瞄準(zhǔn)功能的紅外測(cè)溫儀實(shí)配合熱像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1 運(yùn)行設(shè)備的過(guò)熱點(diǎn)

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1）紅外測(cè)溫技術(shù)

自然界中所有物體都在向外輻射紅外線，紅外測(cè)溫正是利用這一特性根據(jù)物體輻射紅外波長(zhǎng)來(lái)判斷物體溫度。紅外測(cè)溫具有測(cè)溫速度快，抗電磁干擾能力強(qiáng)， 不接觸、不停運(yùn)、不取樣、不解體等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。目前常用的儀器主要有有紅外熱像儀和紅外測(cè)溫儀。紅外成像儀由于價(jià)格昂貴及構(gòu)造復(fù)雜，目前只用于設(shè)備巡檢，在線測(cè)溫處于起步階段，紅外測(cè)溫儀進(jìn)行溫度在線監(jiān)測(cè)是很成熟的技術(shù)。

2）ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案[4]。Zigbee主要工作于免授權(quán)的2.4GHz頻段，傳輸速率為10～250kbit/s，傳輸距離根據(jù)發(fā)射功率可遠(yuǎn)至1km以上[5]。同其他的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)（藍(lán)牙、WIFI等）相比，ZigBee具有極低功耗、短時(shí)延、成本低、實(shí)現(xiàn)容易、數(shù)據(jù)傳輸可靠、安全性好等特點(diǎn)，使其適用于實(shí)時(shí)的工程控制應(yīng)用。

3）GSM短信技術(shù)

GSM即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用時(shí)分多址技術(shù)，而且它是目前3種數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)（TDMA、GSM和CDMA）中使用最為廣泛的1種[6]。短信息服務(wù)（SMS）為GSM系統(tǒng)提供了一種新穎、便捷、廉價(jià)的通信方式。SMS具有的優(yōu)點(diǎn)：一次可傳輸140Byte的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以是字符或數(shù)字；在短消息傳送過(guò)程中，不進(jìn)行呼叫連接建立和釋放的過(guò)程；在終端設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)，可以保持消息在一定時(shí)間內(nèi)有效；可以方便地實(shí)現(xiàn)小數(shù)據(jù)量的信息采集、數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制[7-8]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

本系統(tǒng)由溫度測(cè)量、Zigbee無(wú)線傳輸、GSM短信模塊、RS485轉(zhuǎn)232模塊及溫度數(shù)據(jù)后臺(tái)處理等4部分組成。測(cè)試點(diǎn)的溫度經(jīng)過(guò)紅外測(cè)溫儀之后，數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee無(wú)線模塊傳輸至主控室，經(jīng)過(guò)RS485轉(zhuǎn)232模塊上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)處理軟件，經(jīng)過(guò)處理后將溫度顯示在屏幕上同時(shí)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server 2008中，期間如果有溫度過(guò)高超過(guò)規(guī)定值，會(huì)通過(guò)GSM模塊將相關(guān)信息發(fā)送到值班人員手機(jī)上，同時(shí)如果運(yùn)行人員想要了解設(shè)備溫度狀況，也可以發(fā)送短信進(jìn)行查詢(xún)。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

3 系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)的注意事項(xiàng)

1）要根據(jù)安裝位置到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離和測(cè)量正對(duì)探頭的有效面積來(lái)選擇紅外探頭的距離系數(shù)。計(jì)算方式如下式（1）所示，如果選取的距離系數(shù)過(guò)小，被測(cè)目標(biāo)不能充滿(mǎn)探頭的視場(chǎng)，由于環(huán)境的平均作用，使得測(cè)量結(jié)果偏低。

距離系數(shù)計(jì)算如下所示

式中，L為距離（m）；Φ為目標(biāo)直徑（m）；KL為距離系數(shù)。

2）選取的紅外探頭應(yīng)有瞄準(zhǔn)功能。由于各個(gè)電壓等級(jí)都有相應(yīng)的安全距離，其中220kV的安全距離為3m。安裝時(shí)一個(gè)很小的誤差，到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)變得很大，不能達(dá)到測(cè)量的目的。

3）安裝時(shí)要注意，紅外測(cè)溫儀的鏡頭不能讓陽(yáng)光直射，防止強(qiáng)烈的陽(yáng)光損傷測(cè)溫儀。同時(shí)測(cè)量點(diǎn)背景反射的太陽(yáng)光不能太強(qiáng)，過(guò)強(qiáng)會(huì)使測(cè)量結(jié)果有一個(gè)附加溫升，需加裝濾光板。

4）安裝時(shí)探頭與被測(cè)點(diǎn)之間不能有遮擋物，同時(shí)要經(jīng)常維護(hù)保持鏡頭的清潔。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

1） Zigbee無(wú)線模塊的使用，避免了長(zhǎng)距離布線，安裝方便快捷，增強(qiáng)了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)Zigbee可以組網(wǎng)，保證了多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)數(shù)據(jù)可中繼傳輸，極大的擴(kuò)展了測(cè)溫范圍，實(shí)現(xiàn)全站覆蓋。

2）GSM模塊的使用保證了溫度過(guò)高能及時(shí)通知運(yùn)行人員，防止缺陷進(jìn)一步發(fā)展，使調(diào)度人員通過(guò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷等手段降低發(fā)熱點(diǎn)溫度，以及通過(guò)調(diào)度及時(shí)安排停電檢修任務(wù)。

3）采用了SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，將溫度存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)編寫(xiě)的軟件可以調(diào)取發(fā)熱點(diǎn)的溫度，通過(guò)溫度曲線可以直觀的看到發(fā)熱點(diǎn)得出溫度變化以及發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)論

采用了紅外測(cè)溫儀，可方便地實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測(cè)。Zigbee無(wú)線模塊具有通信可靠、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，避免了站內(nèi)長(zhǎng)距離布線，減小了工作量，也便于設(shè)備維護(hù)。GSM模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守變電站信息與值班人員的實(shí)時(shí)溝通，當(dāng)有缺陷發(fā)生時(shí)能及時(shí)通知值班人員，防止熱缺陷進(jìn)一步發(fā)展。

該裝置具有安裝原件少，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

[1] 李然.紅外測(cè)溫技術(shù)與變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的融合研究與實(shí)現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(14).

[2] 俞睿默.在線測(cè)溫檢測(cè)技術(shù)在無(wú)人值班變電站應(yīng)用的可行性探討[J].華東電力,2009,37(7):1182-1185.

[3] 韓玉蘭,蘆興,路燦,等.高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭溫度紅外檢測(cè)系統(tǒng)的研制[J].高壓電器,2008,44(6): 578-581.

[4] 張子紅,周鴻雁,等.基于Zigbee 技術(shù)的無(wú)線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)通訊.2012,33(232):60-63.

[5] 呂宏,黃釘勁,等.基于ZigBee 技術(shù)低功耗無(wú)線溫度數(shù)據(jù)采集及傳輸研究與開(kāi)發(fā)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2012,31(2):58-60.

[6] 林莘,張浩.基于GSM 短信技術(shù)的小電流接地選線裝置[J].低壓電器,2007,9:35-38.

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